《抗滑桩设计设计与计算》0325教程文件课件.ppt

1、抗滑桩设计设计与计算201103254.1 4.1 基本概念基本概念 抗滑桩是防止地表岩土体发生滑动破坏抗滑桩是防止地表岩土体发生滑动破坏(滑坡滑坡)的一种的一种地下结构地下结构。设于滑坡的适当部位，一般。设于滑坡的适当部位，一般完全埋置于地下完全埋置于地下(有时也露出地面有时也露出地面)，桩的下段，桩的下段须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。须埋置在滑动面以下稳定地层的一定深度。在滑坡推力作用下，桩依靠埋入滑面以下部在滑坡推力作用下，桩依靠埋入滑面以下部分的锚固作用，以及桩前滑面以上滑体的被动分的锚固作用，以及桩前滑面以上滑体的被动抗力来维持稳定。它是一种抗力来维持稳定。它是一种侧向受荷桩

2、侧向受荷桩。抗滑桩的其它分类施工方式打入桩打入桩钻孔桩钻孔桩挖孔桩挖孔桩材 料木木 桩桩钢钢 桩桩钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩截面形态 圆形桩圆形桩管形桩管形桩矩形桩矩形桩4.1 4.1 基本概念基本概念(1)(1)抗滑能力强，圬工数量小抗滑能力强，圬工数量小，在滑坡推力大、滑动带深的，在滑坡推力大、滑动带深的情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难。情况下，能够克服抗滑挡土墙难以克服的困难。(当单排当单排桩所承受的滑坡推力超过桩所承受的滑坡推力超过200200吨吨,桩长超过桩长超过35m35m时需作可时需作可行性论证行性论证)。(2)(2)桩位灵活桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可

3、，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可以单独使用，也可与其他构筑物配合使用。以单独使用，也可与其他构筑物配合使用。(3)(3)配筋合理配筋合理，可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋，可以沿桩长根据弯矩大小合理地布置钢筋(优优于管形状、打入桩于管形状、打入桩)。(4)(4)施工方便，设备简单施工方便，设备简单。采用混凝土或少筋混凝土护壁，。采用混凝土或少筋混凝土护壁，安全、可靠。安全、可靠。(5)(5)间隔开挖桩孔间隔开挖桩孔，不易恶化滑坡状态，有利于抢修工程。，不易恶化滑坡状态，有利于抢修工程。(6)(6)通过开挖桩孔，可通过开挖桩孔，可校核地质情况校核地质情况，修正原设计方案。，修正原设计

4、方案。(7)(7)施工影响范围小，对外界干扰小。施工影响范围小，对外界干扰小。抗滑桩的优点二、抗滑桩的受力及破坏形式二、抗滑桩的受力及破坏形式滑动面受荷段锚固段滑坡推力baT(KN/m)LL土拱土拱滑动面LLL土拱土拱bababa设：单宽推力设：单宽推力T(KN/m)(计算单元)单桩所受滑坡推力：单桩所受滑坡推力：TLaqh1h2TLh10.5bqb当作一维杆件(计算桩内力)时，推力分布TLbaqh1h2TLqh1b12空间模型空间模型平面模型平面模型qbq滑动面受荷段锚固段滑坡推力抗滑桩破坏的基本形式抗滑桩破坏的基本形式滑动面滑动面bababa推测滑动面实际滑动面滑动面滑动面三、桩周土地层三

5、、桩周土地层(岩土岩土)抗力抗力pisipisi=k文克尔地基模型1.地基系数地基系数k(弹簧彼此独立弹簧彼此独立)A-承载板面积承载板面积(m2)n0km(yy)地基系数地基系数k，一般认为，一般认为k 随深度随深度y 按幂函数变化。按幂函数变化。y0y0y0n=00n1mn=0时，时，k=常数。通常按这种规律考虑抗力的计算方法，称为常数。通常按这种规律考虑抗力的计算方法，称为K K法法；0n1时，时，k随深度呈凹抛物线随深度呈凹抛物线变化。变化。地基系数地基系数k=常数常数 的假定的假定 适合于较完整硬质岩适合于较完整硬质岩层、未扰动硬粘土或半岩质地层；层、未扰动硬粘土或半岩质地层；地基系

6、数地基系数k=my 的假定的假定 适合于一般硬质半坚适合于一般硬质半坚硬砂粘土、碎石土、或风化破碎成土状的软质岩硬砂粘土、碎石土、或风化破碎成土状的软质岩层，密实度随深度增加的地层。层，密实度随深度增加的地层。地基系数地基系数k=A+my 的假定的假定适合于超固结粘土层、适合于超固结粘土层、地面有超载的地层或某些半硬质地层。地面有超载的地层或某些半硬质地层。通常以滑动面为界，将桩分成两段分别选取通常以滑动面为界，将桩分成两段分别选取地基系数地基系数。bax0 xyyBpxykxy2.弹性抗力弹性抗力Bp桩的抗力计算宽度桩的抗力计算宽度bax0 xyyBpxykxy3.受荷段地层抗力受荷段地层抗

7、力4.锚固段地层抗力锚固段地层抗力滑动面滑坡推力当桩的受荷段产生较小的位移时，当桩的受荷段产生较小的位移时，岩土体处于岩土体处于弹性状态弹性状态，此时的地，此时的地层抗力，属于层抗力，属于弹性抗力弹性抗力。当位移继续增大时，桩前滑体将当位移继续增大时，桩前滑体将沿滑动面产生滑动沿滑动面产生滑动或者达到或者达到被动被动极限状态极限状态。桩前抗力。桩前抗力受限于桩前受限于桩前剩余抗滑力或被动土压力。剩余抗滑力或被动土压力。当桩的锚固段产生较小的位移时，岩土体处于当桩的锚固段产生较小的位移时，岩土体处于弹性状态弹性状态，此时，此时的地层抗力，属于的地层抗力，属于弹性抗力弹性抗力。当桩周土进入。当桩周

8、土进入塑性状态塑性状态时，抗力时，抗力增加不多增加不多(略有增加略有增加)；当桩周土进入；当桩周土进入破坏状态破坏状态时，抗力不再增时，抗力不再增加加(甚至降低甚至降低)。锚固段地层抗力受限于地层的侧向容许应力锚固段地层抗力受限于地层的侧向容许应力四、刚性桩与弹性桩四、刚性桩与弹性桩刚性桩刚性桩：仅桩的位置发生变化，桩：仅桩的位置发生变化，桩轴线仍保持原来的线型（尤如刚轴线仍保持原来的线型（尤如刚体一样）。体一样）。弹性桩弹性桩：桩的位置与桩轴同时发生：桩的位置与桩轴同时发生改变。改变。刚性桩弹性桩试验研究表明：试验研究表明：当侧向受荷桩当侧向受荷桩埋入稳定地层的计算深度埋入稳定地层的计算深度

9、，低于某一，低于某一临界值临界值时，时，可视桩的刚度为无穷大；在侧向荷载作用下，桩的极限承载力可视桩的刚度为无穷大；在侧向荷载作用下，桩的极限承载力仅取决于桩周土弹性抗力的大小；仅取决于桩周土弹性抗力的大小；计算深度为此临界值时，按刚性桩或弹性桩计算，其水平承载计算深度为此临界值时，按刚性桩或弹性桩计算，其水平承载力及传递到地层的压力图形比较接近。力及传递到地层的压力图形比较接近。地基系数 桩的变形系数 刚性桩 弹性桩 k=常数 1/4pk B4E I 2h1 2h1 k=my 1/5pm BE I 2h2.5 2h2.5 E桩的弹性模量（桩的弹性模量（kN/m2）；取）；取I桩的截面惯性矩（

10、桩的截面惯性矩（m4）；）；Bp抗力计算宽度（抗力计算宽度（m）；）；、桩的变形系数（桩的变形系数（m-1）；k地基系数地基系数（kN/m3）；）；m地基系数随深度变化的比例系数地基系数随深度变化的比例系数（kN/m4）。）。cE0.8E 123bhI 悬臂桩法悬臂桩法出现较早、计算简单、在实际中应用较多。出现较早、计算简单、在实际中应用较多。铁路路基支挡结构设计规范铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2006)(TB10025-2006)推荐的即推荐的即是该法。本课程介绍的即是该方法是该法。本课程介绍的即是该方法对于悬臂式抗滑桩、桩前滑体可能滑走的全埋式抗滑桩，对于悬臂式抗滑桩、桩前滑

11、体可能滑走的全埋式抗滑桩，通常采用通常采用悬臂桩法；悬臂桩法；对于一般的全埋式抗滑桩，上述对于一般的全埋式抗滑桩，上述两种方法两种方法均可采用均可采用地基系数法地基系数法，由于没有考虑滑面的存在及其影响，由于没有考虑滑面的存在及其影响(即即假假设桩前滑体也产生弹性抗力设桩前滑体也产生弹性抗力)，这样做只有当，这样做只有当求出的桩前求出的桩前滑体弹性抗力滑体弹性抗力桩前滑体实际具有的抗力桩前滑体实际具有的抗力时，才可以。否时，才可以。否则不合理则不合理平面上常为一排。对于大型、复杂的滑坡，纵向较长、平面上常为一排。对于大型、复杂的滑坡，纵向较长、下滑力较大，也可布置两排、三排。布置方向应与滑动下

12、滑力较大，也可布置两排、三排。布置方向应与滑动方向垂直或接近垂直；方向垂直或接近垂直；当滑坡下滑力特别大时，平面上可把桩布置成当滑坡下滑力特别大时，平面上可把桩布置成“品品”字字型或型或“梅花梅花”型。还可结合滑坡特征和施工条件，采用型。还可结合滑坡特征和施工条件，采用其它形式的抗滑桩。其它形式的抗滑桩。4.2 4.2 抗滑桩的要素设计抗滑桩的要素设计滑坡下部，滑面较缓、下滑力较小或系阻滑段，常能滑坡下部，滑面较缓、下滑力较小或系阻滑段，常能提供一定的桩前抗力，是设桩的较好位置。提供一定的桩前抗力，是设桩的较好位置。抗滑桩的平面位置和间距，一般应根据滑坡推力大小、抗滑桩的平面位置和间距，一般应

13、根据滑坡推力大小、地层性质、滑面形态和坡度、滑体厚度和施工条件等因地层性质、滑面形态和坡度、滑体厚度和施工条件等因素综合而定。素综合而定。4.2 4.2 抗滑桩的要素设计抗滑桩的要素设计实际工作中，一般是以实际工作中，一般是以“桩间土体与侧壁产生的摩桩间土体与侧壁产生的摩阻力不小于桩间的滑坡推力阻力不小于桩间的滑坡推力”为控制进行估算为控制进行估算。有。有条件时，可通过模拟试验，考虑土拱效应，并结合条件时，可通过模拟试验，考虑土拱效应，并结合实践经验确定桩间距实践经验确定桩间距一般情况下，当滑体完整、密实或滑坡推力较小，一般情况下，当滑体完整、密实或滑坡推力较小，桩距可取得大些；反之，应取得小

14、些。滑坡主轴附桩距可取得大些；反之，应取得小些。滑坡主轴附近桩距取得小些，两侧桩距取得大些近桩距取得小些，两侧桩距取得大些桩间距：合适的桩间距应该使得桩间滑体具有足够的桩间距：合适的桩间距应该使得桩间滑体具有足够的稳定性，在下滑力作用下，不致从桩间挤出。稳定性，在下滑力作用下，不致从桩间挤出。根据工程经验，桩距一般为根据工程经验，桩距一般为610m目前采用矩形（方形）、圆形。但考虑桩的受力条件目前采用矩形（方形）、圆形。但考虑桩的受力条件和施工方便，抗滑桩以采用正面一边较短，侧面一边和施工方便，抗滑桩以采用正面一边较短，侧面一边较长的矩形截面为好。较长的矩形截面为好。桩的截面尺寸，根据下滑力大

15、小、桩距、锚固段的侧桩的截面尺寸，根据下滑力大小、桩距、锚固段的侧向容许应力等因素综合考虑。向容许应力等因素综合考虑。采用人工挖孔施工时，采用人工挖孔施工时，桩的最小宽度桩的最小宽度一般不宜小于一般不宜小于1.25 m。桩 的 工 程 常 采 用 的 截 面 尺 寸 有：桩 的 工 程 常 采 用 的 截 面 尺 寸 有：2 m 3 m，2.5m3.5m，3m4m 等。以等。以2m3m最为常见。最为常见。抗滑桩锚固深度，与锚固段地层强度、滑坡推力、桩刚度、抗滑桩锚固深度，与锚固段地层强度、滑坡推力、桩刚度、桩截面、桩距，是否和如何考虑桩前滑体抗力等有关。桩截面、桩距，是否和如何考虑桩前滑体抗力

16、等有关。目前一般从目前一般从控制锚固段桩周地层的强度控制锚固段桩周地层的强度来考虑，即要求锚固来考虑，即要求锚固段桩侧应力不大于地层的侧向容许应力。段桩侧应力不大于地层的侧向容许应力。H Hmax式中式中岩石单轴抗压强度；折减系数。根据岩层裂隙、风化及软化程度，可采用0.30.45 在水平方向的换算系数。据完整程度、层理产状、胶结物及胶结程度、节理密度及充填物，可采用0.51.0；HK R RKHH桩身侧向压应力桩身侧向压应力被动土压力主动土压力被动土压力主动土压力通常仅验算滑面以下通常仅验算滑面以下2/3h2和和h2处。处。工程经验工程经验对于土层或软弱岩层，锚固长度约为对于土层或软弱岩层，

17、锚固长度约为1/21/3桩长桩长；对于较完整、坚硬岩层，锚固长度可采用对于较完整、坚硬岩层，锚固长度可采用1/4桩长桩长。当地层为土层或风化成土、砂砾状岩层时当地层为土层或风化成土、砂砾状岩层时，桩身发生转，桩身发生转动变位，当达到极限状态时，桩前土体产生被动土压力，动变位，当达到极限状态时，桩前土体产生被动土压力，桩后产生主动土压力桩后产生主动土压力滑动面MQ滑动面MQ滑动面MQ自由端铰支端固定端按按固定端支撑固定端支撑设计抗滑桩是不经济的，应少用。设计抗滑桩是不经济的，应少用。MB=0,B0QB=0,xB0MB=0,B0QB0,xB=0 MB0,B=0QB0,xB=0四、桩底支撑条件四、桩

18、底支撑条件锚固段地层为土层或软弱破锚固段地层为土层或软弱破碎岩体时，可视为碎岩体时，可视为自由端；自由端；桩底完整、嵌入较浅，可视桩底完整、嵌入较浅，可视为为铰支端；铰支端；桩底岩层完整、嵌入较深，桩底岩层完整、嵌入较深，可视为可视为固定端固定端完整基岩BBBMB弯矩；B转角;QB剪力；xB位移地基系数法：地基系数法：滑动面悬臂桩法MQ滑动面地基系数法首先，将受荷段桩身所受的滑坡推力、桩前剩余抗滑力或被动土压力首先，将受荷段桩身所受的滑坡推力、桩前剩余抗滑力或被动土压力作为已知力，计算作为已知力，计算受荷段桩身内力受荷段桩身内力；仅将仅将滑坡推力作为已知力滑坡推力作为已知力，根据滑面上、下地基

19、，根据滑面上、下地基系数，把系数，把整根桩作为弹性地基梁整根桩作为弹性地基梁计算。计算。然后，将滑面处的弯矩剪然后，将滑面处的弯矩剪力作为已知力，根据锚固力作为已知力，根据锚固段地基系数，计算段地基系数，计算锚固段锚固段桩身内力、桩身变位。桩身内力、桩身变位。4.3 4.3 抗滑桩桩身内力计算抗滑桩桩身内力计算计算方法 受荷段 锚固段 备 注 悬臂梁法 悬臂梁 弹性地基梁：刚性桩 弹性桩 全桩按刚性桩 全桩按弹性地基梁 m m m 法 K K K 法 基本法(初参数法)m K m-K 法 m K m-K 法 K1 K2 K-K 法 地基系数法 无量纲法 m1 m2 m-m 法 一、刚性桩的内力

20、计算一、刚性桩的内力计算（一）计算简图（一）计算简图（二）内力、变位表达式推导（二）内力、变位表达式推导（三）（三）y0、的确定的确定二、弹性桩的内力计算二、弹性桩的内力计算（一）弹性桩的挠曲微分方程（一）弹性桩的挠曲微分方程（二）（二）m法法(k=my)（三）（三）K法法(k=K)（四）换算桩法（四）换算桩法(k=A+my)*(不讲不讲)4.4 4.4 抗滑桩的结构设计抗滑桩的结构设计xbxAssfcf1cuysMxxb时，时，ccuy s，适筋梁x砼受压区高度；砼受压区高度；xb砼界限受压区高度（砼、钢筋同时屈服）；砼界限受压区高度（砼、钢筋同时屈服）；b矩形截面宽度；矩形截面宽度；h0截

21、面有效高度截面有效高度 h0=hay钢筋的极限拉应变钢筋的极限拉应变cu非均匀受压时砼极限压应变非均匀受压时砼极限压应变;xxb时，时，ccuy s，超筋梁 201xhxbfMc sycAfxbf1 0hxb minfc砼轴心抗压强度设计值；砼轴心抗压强度设计值；ft砼轴心抗拉强度设计值；砼轴心抗拉强度设计值；fcu,k砼立方体抗压强度设计值砼立方体抗压强度设计值;fy钢筋抗拉强度设计值；钢筋抗拉强度设计值；Es钢筋弹性模量；钢筋弹性模量；cusycusybEfEf18.011 5,10)50(0033.0kcucuf ytff45,2.0maxmin 0025.17.0hsAfhbfVVsv

22、yvtcs csV sv svA yvf tf sbAsvsv 000020.0,425.0,4hbfVbhhbfVbhcccc yvtsvsvff24.0min,07.0hbfVt抗滑桩的配筋抗滑桩的配筋无特殊要求，一般可不做变形、抗裂、挠度等验算；无特殊要求，一般可不做变形、抗裂、挠度等验算；桩身砼等级不低于桩身砼等级不低于C30C30；护壁和锁口砼等级不低于；护壁和锁口砼等级不低于C15C15；纵向受力筋纵向受力筋：抗滑桩内抗滑桩内不宜设置设置斜筋（不宜设置设置斜筋（弯起钢筋），可采用调整箍弯起钢筋），可采用调整箍筋直径、间距和截面尺寸等措施满足斜截面抗剪强度。筋直径、间距和截面尺寸等措

23、施满足斜截面抗剪强度。箍筋箍筋：宜采用封闭式，肢数不多于：宜采用封闭式，肢数不多于4肢，直径肢，直径 14mm；间；间距距 400mm 抗滑桩两侧及受压边，应适当布置抗滑桩两侧及受压边，应适当布置纵向构造筋：纵向构造筋：直径直径 12mm；间距；间距 300mm；受压边两侧应布置；受压边两侧应布置架立钢筋架立钢筋：直径直径 16mm；抗滑桩 一般的梁 纵向受力筋 直径16mm h300，直径10mm h300，直径8mm 净距120mm（困难时80mm）梁下部，净距25mm，d 保护层70mm 保护层2540mm，d 箍筋 直径14mm h800，直径8mm h800，直径6mm 间距400m

24、m V0.7ftbh0时 150h300，间距150mm 300h500，间距200mm 500h800，间距250mm h800，间距300mm 纵向构造筋 直径12mm 间距300mm 间距200mm(T 形梁)架立筋 直径16mm，受压边两侧 跨度4m，直径8mm 跨度 46m，直径10mm 跨度6m，直径12mm 一、预应力锚索抗滑桩的形式和特点一、预应力锚索抗滑桩的形式和特点二、锚拉桩二、锚拉桩锚索受力锚索受力及及桩身内力桩身内力计算计算三、锚拉桩配筋的注意事项三、锚拉桩配筋的注意事项4.5 4.5 预应力锚索抗滑桩的设计计算预应力锚索抗滑桩的设计计算一、预应力锚索抗滑桩的形式和特点

25、一、预应力锚索抗滑桩的形式和特点2020世纪世纪8080年代开始研究在普通抗年代开始研究在普通抗滑桩的桩顶或桩身安设滑桩的桩顶或桩身安设预应力锚预应力锚索索(锚杆锚杆),并应用于工程，这就是并应用于工程，这就是预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩(锚拉桩锚拉桩)(普通普通)抗滑桩抗滑桩在滑坡治理中得到普遍应用。但在治理大型、在滑坡治理中得到普遍应用。但在治理大型、特大型滑坡时，因滑体厚度大、滑坡推力大，常常使得桩身特大型滑坡时，因滑体厚度大、滑坡推力大，常常使得桩身截面很大、桩长很长、施工困难、造价高。截面很大、桩长很长、施工困难、造价高。例如：有的桩截面例如：有的桩截面3.57m，桩长，桩长50

26、60m桩顶桩顶23孔锚索孔锚索桩顶、桩身桩顶、桩身23孔锚索孔锚索预应力锚索预应力锚索(锚杆锚杆)预应力锚索预应力锚索(锚杆锚杆)大大 小小L小小L大大改善了普通桩的受力特点，减小了桩身弯矩、剪力，改善了普通桩的受力特点，减小了桩身弯矩、剪力，因而减小了桩截面和埋深，节省材料和造价；因而减小了桩截面和埋深，节省材料和造价；锚拉桩的特点：锚拉桩的特点：普通桩普通桩锚拉桩锚拉桩锚索控制了桩头位移量，变普通桩的被动受力为主锚索控制了桩头位移量，变普通桩的被动受力为主动受力，减小了滑体位移量，减弱了滑带强度损失；动受力，减小了滑体位移量，减弱了滑带强度损失；R能较快速地稳定滑坡。能较快速地稳定滑坡。二

27、、锚拉桩锚索受力及桩身内力计算二、锚拉桩锚索受力及桩身内力计算布置有布置有n排锚索排锚索的锚拉桩，是一个的锚拉桩，是一个n次超静定结构次超静定结构1.锚拉桩所受荷载：锚拉桩所受荷载：滑坡推力滑坡推力q(已知力已知力)锚索拉力锚索拉力R(未知力未知力)锚固段桩周岩土抗力锚固段桩周岩土抗力(未知力未知力)不计桩身自重、桩底反力、桩侧摩阻力不计桩身自重、桩底反力、桩侧摩阻力(一一)计算假定与计算模型计算假定与计算模型2.将桩、锚索、锚固段岩土体视为一个整体，将桩、锚索、锚固段岩土体视为一个整体，满足满足变形协调条件变形协调条件。q1q2R滑面滑面q(推力引起的桩位移推力引起的桩位移)为了充分发挥锚索

28、的抗拉能力：为了充分发挥锚索的抗拉能力：桩位移桩位移x=锚索伸长量锚索伸长量(0)锚索锚索R0锚索荷载锚索荷载R伸长量伸长量推力推力+锚索锚索R引起的桩位移引起的桩位移x锚索锚索R0(加预应力加预应力)伸长量伸长量0主动主动伸长量伸长量0qqR三、锚拉桩配筋的注意事项三、锚拉桩配筋的注意事项受压区钢筋受压区钢筋N2N2宜通长布置，一般宜通长布置，一般不宜截断不宜截断(可顺桩头斜面弯起可顺桩头斜面弯起)；锚索孔附近的桩身箍筋锚索孔附近的桩身箍筋N3N3应适当应适当加密，必要时应增设加密，必要时应增设间接钢筋间接钢筋，以，以增强局部受压承载力；增强局部受压承载力；桩头部位应做成斜面；桩身安设桩头部位应做成斜面；桩身安设锚索部位应做成锚索部位应做成三角形垫墩斜面三角形垫墩斜面。斜面与锚索垂直。斜面与锚索垂直。其余同其余同“普通抗滑桩普通抗滑桩”。锚索锚索锚索锚索三角形三角形垫墩斜面垫墩斜面此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢